Прошло полвека с тех пор, как люди ступили на Луну, но собранные ими лунные камни до сих пор раскрывают важную информацию о загадочном соседе Земли. Часть этого материала хранилась десятилетиями, чтобы его можно было изучить в будущем с помощью более современных методов, а теперь лунный материал, собранный в 1972 году, показал, что Луна на миллионы лет старше, чем считалось ранее.
Изучая атомные подсказки, заключенные в кристалле циркона, одного из старейших минералов, сохранившихся с момента формирования Луны, ученые определили, что возраст Луны составляет по меньшей мере 4,46 миллиарда лет. Возраст, выявленный совсем недавно, отклоняется от ранее измеренного возраста на 40 миллионов лет назад — ближе к началу формирования Солнечной системы, примерно 4,57 миллиарда лет назад.
Определение возраста Луны может помочь ученым зафиксировать последовательность событий в критические первые дни. «Время решает все», — говорит первый автор Дженника Грир, космохимик из Университета Глазго, которая работала над проектом, когда была аспиранткой Чикагского университета. «Наша Солнечная система существует уже некоторое время, но за этот первый миллион лет произошло множество действительно динамичных процессов».
Когда Солнечная система была молодой, молодая Земля была безлунной и представляла собой одинокую планету, вращающуюся вокруг первобытного Солнца. Но первые дни Земли были совсем не спокойными. Ученые полагают, что в начале истории нашей планеты объект размером с Марс врезался в прото-Землю и перестроил оба мира.
Жар от удара превратил все — молодую Землю и планетарный разрушитель — в жидкое состояние, слив два тела в одно. Из этой массы вылетел меньший шар расплавленной породы, который упал на стабильную орбиту и в конечном итоге остыл, образовав Луну.
Внутренности Луны превратились в дифференцированные слои мантии и коры. Из расплава породы кристаллизовались новые минералы, причем одними из последних образовались цирконы. Эти кристаллы отражают последние стадии превращения Луны в скалу, отмечая начало нашего естественного спутника, каким мы его знаем сегодня.
Подсчет атомов Цирконы — любимый минерал учёных, потому что они выносливы. Эти кристаллы микрометрового размера могут противостоять выветриванию на протяжении миллиардов лет, сохраняя геохимические тайны своего рождения. Они также улавливают изотопы урана из окружающей среды по мере их образования, что служит таймером, отсчитывающим время с момента кристаллизации цирконов.
Изотопы урана распадаются на свинец с предсказуемой скоростью. Подсчитав количество образующихся атомов свинца и оставшихся атомов урана, исследователи могут определить, сколько времени прошло с тех пор, как цирконы затвердели из расплавленного материала.
Авторы исследования исследовали цирконы, внедренные в образец лунной породы, собранный во время миссии Аполлона-17 в 1972 году, и построили трехмерную карту атомов. Подсчет изотопов свинца дал возраст 4,46 миллиарда лет, самый древний возраст формирования лунной коры.
Этот возраст ранее был определен сотрудниками Грир во главе с Бидуном Чжаном и Одри Бувье в 2021 году, но отчет вызвал скептицизм. Критики указали на тот факт, что атомы свинца имеют тенденцию мигрировать, образуя карманы с высокой или низкой концентрацией по всей породе. В зависимости от того, куда смотреть, был шанс, что они наткнутся на эти неравномерно распределенные участки свинца и неправильно вычислят возраст циркона.
Чтобы развеять эти опасения, Бувье обратился к команде Грира с просьбой еще раз подсчитать атомы, на этот раз с помощью ионного зонда, который мог бы брать образцы породы с гораздо более высоким пространственным разрешением, которое использовалось в предыдущем исследовании. Более тонкий зонд позволит команде идентифицировать наноразмерные области обогащенных или обедненных атомов свинца, если таковые имеются. Но они ничего не нашли.
«В этом цирконе все было однородным, поэтому нам даже не пришлось об этом беспокоиться», — говорит автор исследования Филипп Хек, космохимик из Музея Филда и Чикагского университета. Результат подтвердил, что ранее измеренный возраст в 4,46 миллиарда лет был точным.
«Это очень, очень хорошее исследование», — говорит Мелани Барбони, геохимик из Университета штата Аризона, которая не участвовала в исследовании. Барбони изучила другие изотопы в лунных цирконах и обнаружил, что недра Луны впервые разделились на отдельные слои 4,51 миллиарда лет назад — эпизод, который предшествовал заключительным стадиям формирования коры, зафиксированным в новом исследовании.
Барбони говорит, что новое исследование совместимо с ее собственными выводами. «Многие статьи предполагают, что Луна образовалась намного позже, например, 4,3 миллиарда лет», — добавляет она. «Это явно невозможно с такими данными».
Точное определение времени затвердевания Луны дает будущим исследователям ориентир для моделирования эволюции Луны. «Хронология помогает нам поместить все в контекст», — говорит Грир. «Тогда мы сможем начать понимать происходящие процессы». Знание того, что и когда произошло в годы формирования Луны, может помочь объяснить, почему спутник Земли выглядит так, как сегодня.
Истинный интерес к изучению Луны заключается в том, что она может рассказать нам о Земле. Как небесные спутники общего происхождения, судьбы Земли и Луны связаны. Но, подобно коварному преступнику, геологически активная Земля имеет склонность закапывать и уничтожать свидетельства прошлых событий. Луна — менее обманчивый партнер: отсутствие тектонической активности означает, что геологические записи на поверхности сохраняются тысячелетиями.